Stockage des déchets radioactifs : approche expérimentale multi-échelle des interactions bétons/argiles
Les matériaux argileux et cimentaires ont des propriétés chimiques (minéralogie, pH, potentiel redox) très différentes, entraînant de facto une réactivité forte à l’interface de ces matériaux. Les réactions géochimiques ayant lieu à ces interfaces influencent la porosité des matériaux de part et d’autre. La porosité, c’est-à-dire l’espace contenant l’eau de la roche, est le milieu dans lequel se déroulent les phénomènes de transport des radionucléides. Il est donc nécessaire de bien comprendre les mécanismes réactionnels mis en jeu à ces interfaces.
Interfaces d’argilites/matériaux cimentaires prélevées dans le laboratoire Andra de Meuse/ Haute-Marne.
Caractérisation minéral et texturale sur les interfaces bétons/argiles
Le BRGM a d’abord participé à la conception technique des expérimentations en effectuant des modélisations de prédimensionnements. Puis le BRGM et ses partenaires académiques français et internationaux ont testé et développé des outils de caractérisation minérale et texturale sur des interfaces prélevées dans le laboratoire souterrain de Meuse/Haute-Marne.
Les observations des interfaces réalisées dans le cadre de ces nouveaux protocoles d’analyses minéralogiques et texturales ont été publiées dans la prestigieuse revue American Journal of Science. L’originalité du travail était double.
Tout d’abord, des interfaces bétons/argiles qualifiées "d’opportunistes", car non destinées à ce type d’étude, ont été prélevées dans le laboratoire souterrain (contact entre le béton projeté au creusement des galeries du laboratoire et l’argilite du Callovo-Oxfordien, par exemple). Ces interfaces naturelles permettaient ainsi d’évaluer l’impact de conditions in situ (hétérogénéités, conditions hydrodynamiques…). Différentes techniques d’analyse ont ensuite été couplées afin d’identifier les changements minéralogiques – y compris la formation de phases mal cristallisées –, d’observer des changements microstructuraux, et de quantifier l’échelle de diffusion des processus siégeant aux interfaces bétons/argiles.
Minéraux néoformés à l’interface ciment/argilite.
Améliorer les modèles élaborés par le BRGM, à travers la mise en place d’essais dynamiques
Une fois les mécanismes réactionnels compris, ils viennent alimenter des modélisations à différentes échelles de temps. Ainsi, les modélisations aident à la compréhension d’essais dynamiques réalisés dans le laboratoire souterrain de Meuse/Haute-Marne et pilotés par l’Andra sur plusieurs années.
Dans des forages instrumentés, une eau de type cimentaire circule, et un suivi en continu permet de suivre le processus diffusif du fluide dans le milieu argileux et les réactions chimiques engendrées. Ces essais permettent d’améliorer les modèles élaborés par le BRGM qui seront ensuite extrapolés à des échelles de temps inaccessibles par l’expérimentation, mais prédites par la modélisation.
